Fraktionierte Destillation
Was ist eine fraktionierte Destillation und wie verarbeitest du eigentlich Erdöl? Wie läuft die Rektifikation ab. Das erklären wir dir in dem folgenden Beitrag.
Um das Thema noch schneller zu verstehen, kannst du dir gerne unser Video dazu anschauen!
Inhaltsübersicht
Fraktionierte Destillation einfach erklärt
Die fraktionierten Destillation bezeichnet die Trennung eines Stoffgemisches in seine Bestandteile, die du auch Fraktionen nennst. Im Gegensatz zur gewöhnlichen Destillation hast du mehr als zwei Fraktionen, also einzelne Stoffe, in deinem Stoffgemisch .
Mit der fraktionierten Destillation trennst du ein Stoffgemisch in seine Fraktionen auf.
Die fraktionierte Destillation ist sehr bedeutend bei der Erdölverarbeitung. Auch im Labor wendest du die fraktionierte Destillation häufig an.
Fraktionierte Destillation Labor
Bei einer gewöhnlichen Destillation hast du meist ein Stoffgemisch, welches aus zwei Fraktionen (Stoffen) besteht. Hast du jedoch mehr als zwei Fraktionen, so reicht der einfache Aufbau einer Destillationsapparatur mit nur einem Kolben als Vorlage nun nicht mehr aus. Im Labor verwendest du deswegen häufig eine Destillationsspinne, an der du mehrere Kolben anbringen kannst.
Möchtest du genaueres zum Aufbau einer gewöhnlichen Destillation wissen, dann schau dir gerne unser Video zu diesem Thema an.
Schauen wir uns die fraktionierte Destillation mal an einem Stoffgemisch aus Methanol , Ethanol und Wasser an.
An deine Destillationsspinne kannst du in der Regel vier Kolben befestigen. Erhöhst du nun die Temperatur, die an deinem alkoholischen Stoffgemisch anliegt, so würde zuerst das Methanol verdampfen. Das erkennst du an der Temperatur am Thermometer, die dann die Siedetemperatur des Methanols, also 65 °C betragen müsste. Ist das gesamte Methanol überdestilliert, erhöhst du die Temperatur weiter. Dann musst du die Spinne zum nächsten, leeren Kolben hin drehen. Die Temperaturerhöhung auf die Siedetemperatur des Ethanols, also 78 °C bedeutet, dass deine zweite Fraktion verdampft. Ist das gesamte Ethanol nun überdestilliert, erhöhst du die Siedetemperatur ein weiteres Mal auf die Siedetemperatur von Wasser, also 100 °C. Du drehst also deine Spinne noch einmal zum nächsten, leeren Kolben. Deine letzte Fraktion ist also das Wasser. Du hast nun das Stoffgemisch aufgetrennt und am Ende drei Fraktionen.
Aufbereitung von Erdöl
Der Aufbau einer großtechnischen Anlage für die fraktionierte Destillation sieht etwas anders aus als die Laborvariante. Insbesondere in der Trennung von Erdöl spielt die fraktionierte Destillation eine große Rolle.
Die Erdölaufarbeitung besteht aus mehreren Schritten. Zuerst kommt die fraktionierte Destillation. Anschließend folgt das Cracken sowie das Reforming. Danach folgt die Entschwefelung. Aus dem Rohprodukt dieser Schritte kann nun Synthesegas erzeugt werden, welches beispielsweise im Haber-Bosch-Verfahren eingesetzt wird. Im folgenden schauen wir uns den ersten Schritt, die fraktionierte Destillation, näher an.
Fraktionierte Destillation Erdöl
Erdöl ist ein Gemisch, welches aus verschiedenen Kohlenwasserstoffen zusammengesetzt ist. Ziel ist es, diese Kohlenwasserstoffe voneinander zu trennen. Die Kohlenwasserstoffe besitzen unterschiedliche Siedepunkte. Du kannst nun die Kohlenwasserstoffe, die sich in unterschiedlichen Siedebereichen befinden, destillativ voneinander abtrennen. Am Ende erhältst du unterschiedliche Kohlenwasserstofffraktionen.
Das Erdöl wird auf etwa 350 °C erhitzt, sodass alle Bestandteile größtenteils verdampfen. Nun gelangt der Dampf in den unteren Teil des Destillationsturms.
Im Destillationsturm sind zahlreiche Glockenböden eingebaut. In diesen Glockenböden sammeln sich die Destillate, also die Produkte der Destillation. Gase (z. B. Methan oder Ethan) gelangen an die Spitze des Destillationsturms. Schwersiedende Verbindungen (z. B. Heizöl oder Dieselkraftstoff) verbleiben unten im Destillationsturm. Leichtsiedenden Verbindungen beinhalten die Benzinfraktionen (Leichtbenzin und Schwerbenzin), die sich oben im Destillationsturm anreichern. Verbindungen, die sich in der Mitte des Destillationsturms anreichern, nennst du auch Mitteldestillate. Darunter fällt auch Kerosin, welches Treibstoff für Flugzeuge ist.
Der bei der fraktionierten Destillation anfallende Rückstand aus Schweröl wird in einer Vakuumdestillation nach dem gleichen Prinzip nochmal in verschiedene Fraktionen aufgetrennt. Bei der Vakuumdestillation verringerst du den Druck in dem Destillationsturm, damit du nicht so hohe Temperaturen verwenden musst.
Mehrstufige Destillation
Du fragst dich sicher, wieso du eine mehrstufige Destillation durchführen solltest. Durch eine mehrstufige Destillation kannst du ein Stoffgemisch deutlich besser auftrennen. Grund dafür ist, dass du bei einer mehrstufigen Destillation mehrere Destillationen hast, die unmittelbar hintereinander ablaufen. In die Destillationsanlage baust du über dem Kolben mit deinem Stoffgemisch eine Kolonne ein. In der Kolonne befinden sich mehrere sogenannte Böden. Die Anzahl der Böden ist mit der Anzahl an Destillationsschritten gleichzusetzen.
In jedem dieser einzelnen Böden kondensiert der aufsteigende Dampf. Der kondensierte Dampf besitzt einen höheren Anteil an Destillat als das zu trennende Stoffgemisch. Das Verdampfen und Kondensieren erfolgt nun weiter bis zum obersten Boden der Kolonne. Am Kolonnenkopf, also der Spitze der Kolonne sammelt sich nun das reine Destillat.
In der Laborpraxis benutzt du häufig die Vigreux-Kolonne, um deine Trennleistung zu verbessern. Die Vigreux-Kolonne befindet sich zwischen dem Claisen-Aufsatz und dem Kolben mit dem Stoffgemisch.
Rektifikation
Bei der Rektifikation laufen ebenfalls mehrere Destillationen unmittelbar hintereinander ab. Du hast ebenfalls Kolonnen und Böden wie bei der im Labor betriebenen, mehrstufigen Destillation.
Der wichtigste Unterschied zur fraktionellen Destillation ist, dass die Rektifikation kontinuierlich betrieben wird. Du führst also kontinuierlich dein zu trennendes Stoffgemisch in die Rektifikationsanlage ein. Bei der mehrstufigen Destillation im Laborbetrieb handelt es sich um einen diskontinuierlichen Prozess, da du nicht ständig neues Stoffgemisch in deine Anlage einführst. Die Rektifikation findest du oft in der chemischen Industrie.